JPWO2015041222A1 - 燃料電池スタック - Google Patents

Abstract

燃料電池スタック（１０）は、第１発電ユニット（１２ａ）及び第２発電ユニット（１２ｂ）を備える。第１発電ユニット（１２ａ）の波状の第１燃料ガス流路（３４）と、第２発電ユニット（１２ｂ）の波状の第１燃料ガス流路（３４（ｒｅｖ．））とは、互いに異なる位相に設定される。そして、第１燃料ガス流路（３４、３４（ｒｅｖ．））の端部は、波形の振幅の幅の中央部から波長方向に直線状に延在する直線流路溝を構成する。

Description

本発明は、電解質膜・電極構造体とセパレータとが積層される第１発電ユニット及び第２発電ユニットを備え、前記第１発電ユニットと前記第２発電ユニットとが積層されて、これらの間に冷却媒体流路が形成される燃料電池スタックに関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜の一方にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セル（単位セル）が構成されている。燃料電池は、通常、数十〜数百の発電セルが積層されて、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。

燃料電池では、セパレータとして薄板波形状の金属セパレータが採用される場合がある。金属セパレータでは、アノード電極に対向する面内には、燃料ガスを前記アノード電極の電極面に沿って波状に流通させる複数の波状燃料ガス流路が形成されている。金属セパレータのカソード電極に対向する面内には、酸化剤ガスを前記カソード電極の電極面に沿って波状に流通させる複数の波状酸化剤ガス流路が形成されている。

この種の燃料電池として、例えば、特開２００９−３０１９９６号公報に開示されている燃料電池スタックが知られている。この燃料電池スタックは、第１の発電ユニットと第２の発電ユニットとが、これらの間に冷却媒体流路を形成して交互に積層されている。各発電ユニットは、アノード電極とカソード電極とが電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体を、金属セパレータにより挟持している。そして、金属セパレータには、アノード電極に燃料ガスを供給する波形状の燃料ガス流路と、カソード電極に酸化剤ガスを供給する波形状の酸化剤ガス流路とが設けられている。

第１の発電ユニットでは、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とは、波形状の流路の位相が互いに同一の位相に設定されている。一方、第２の発電ユニットは、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とは、波形状の流路の位相が互いに同一の位相で且つ第１の発電ユニットとは異なる位相に設定されている。

また、例えば、特許第３５９９２８０号公報に開示されている燃料電池では、金属セパレータのアノード電極に対向する面内には、燃料ガスを前記アノード電極の電極面に沿って波状に流通させる複数の波状燃料ガス流路が形成されている。金属セパレータのカソード電極に対向する面内には、酸化剤ガスを前記カソード電極の電極面に沿って波状に流通させる複数の波状酸化剤ガス流路が形成されている。

そして、隣接する燃料電池間では、それぞれの波状反応ガス流路（燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路）の位相が異なっている。このため、一方の燃料電池を構成する金属セパレータの波状反応ガス流路の裏面形状と、他方の燃料電池を構成する金属セパレータの波状反応ガス流路の裏面形状とが重なり合って、冷却媒体流路が形成されている。

ところで、上記の特開２００９−３０１９９６号公報では、例えば、第１の発電ユニットを構成する第１の燃料ガス流路と、第２の発電ユニットを構成する第２の燃料ガス流路とは、互いに異なる位相（逆位相）に設定されている。このため、燃料電池スタックに積層方向に形成された燃料ガス連通孔（燃料ガス入口連通孔又は燃料ガス出口連通孔）に隣接して終端する第１の燃料ガス流路の端部と、第２の燃料ガス流路の端部とは、積層方向に対して互いにずれている。

例えば、図２９に示すように、第１の燃料ガス流路１ａと第２の燃料ガス流路１ｂとは、互いに逆位相に設けられている。燃料ガス入口連通孔２は、積層方向に貫通しており、前記燃料ガス入口連通孔２から第１の燃料ガス流路１ａと第２の燃料ガス流路１ｂとには、それぞれ燃料ガス３ａと３ｂとが供給されている。

その際、第１の燃料ガス流路１ａの端部と第２の燃料ガス流路１ｂの端部とは、積層方向に異なる位置に、すなわち、それぞれ燃料ガス入口連通孔２から異なる状態（距離や姿勢）を有して、終端している。従って、第１の燃料ガス流路１ａと第２の燃料ガス流路１ｂとでは、燃料ガスの流配や圧損に差異が発生し、発電性能が異なるおそれがある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、ガス流配や圧損のばらつきを可及的に抑制することができ、発電性能を良好に向上させることが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。

また、本発明は、それぞれ異なる位相の流路を有する２種類の燃料電池が積層される燃料電池スタックに関連してなされたものであり、簡単な構成で、金属セパレータに局所的に大きな荷重が付与されることを抑制し、発電性能を良好に向上させることが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池スタックは、第１発電ユニット及び第２発電ユニットを積層して構成されている。第１発電ユニット及び第２発電ユニットは、それぞれ電解質膜の両側にアノード電極及びカソード電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、金属セパレータとが積層されている。第１発電ユニット及び第２発電ユニットには、燃料ガスをアノード電極の電極面に沿って波状に流通させる複数の波状燃料ガス流路と、酸化剤ガスをカソード電極の電極面に沿って波状に流通させる複数の波状酸化剤ガス流路とが形成されている。

第１発電ユニットは、波状燃料ガス流路と波状酸化剤ガス流路とが、前記電解質膜・電極構造体を挟んで互いに同一の位相に設定されている。一方、第２発電ユニットは、波状燃料ガス流路と波状酸化剤ガス流路とが、前記電解質膜・電極構造体を挟んで互いに同一の位相で且つ第１発電ユニットとは異なる位相に設定されている。第１発電ユニット及び第２発電ユニットが積層されることにより、これらの間には、互いに異なる位相の前記波状燃料ガス流路の裏面形状と前記波状酸化剤ガス流路の裏面形状とが重なり合って、冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成されている。

そして、波状燃料ガス流路の少なくとも一方の端部及び波状酸化剤ガス流路の少なくとも一方の端部は、波形の振幅の幅の中央部で終端している。

また、本発明に係る燃料電池スタックでは、裏面形状により冷却媒体流路を形成する第１発電ユニットの波状燃料ガス流路と裏面形状により前記冷却媒体流路を形成する第２発電ユニットの波状酸化剤ガス流路とは、それぞれの流路入口端部又は流路出口端部を構成する流路端同士が、互いに積層方向から見て同じ位置に設定されている。

本発明によれば、波状燃料ガス流路の少なくとも一方の端部は、波形の振幅の幅の中央部で終端している。このため、第１発電ユニットの波状燃料ガス流路と第２発電ユニットの波状燃料ガス流路とは、互いに異なる位相（逆位相）に設定されていても、それぞれの一方の端部同士は、積層方向に重なり合っている。従って、第１発電ユニットの波状燃料ガス流路と第２発電ユニットの波状燃料ガス流路とは、燃料ガス流配や圧損のばらつきを可及的に抑制することができる。

同様に、波状酸化剤ガス流路の少なくとも一方の端部は、波形の振幅の幅の中央部で終端している。このため、第１発電ユニットの波状酸化剤ガス流路と第２発電ユニットの波状酸化剤ガス流路とは、互いに異なる位相（逆位相）に設定されていても、それぞれの一方の端部同士は、積層方向に重なり合っている。従って、第１発電ユニットの波状酸化剤ガス流路と第２発電ユニットの波状酸化剤ガス流路とは、酸化剤ガス流配や圧損のばらつきを可及的に抑制することができる。

これにより、簡単な構成で、ガス流配や圧損のばらつきを可及的に抑制することができ、発電性能を良好に向上させることが可能になる。

また、本発明によれば、第１発電ユニットの波状燃料ガス流路の流路端部と、第２発電ユニットの波状酸化剤ガス流路の流路端部とは、それぞれの流路入口端部又は流路出口端部を構成する流路端同士が、互いに積層方向から見て同じ位置に設定されている。このため、冷却媒体流路を構成する各流路端部の裏面では、互いに積層方向に離間している。従って、例えば、燃料電池スタックに対して積層方向に荷重が付与された際、金属セパレータ間の隙間が収縮して前記荷重を緩和し、過大な面圧が発生することを確実に抑制することができる。これにより、簡単な構成で、金属セパレータに局所的に大きな荷重が付与されることを抑制し、発電性能を良好に向上させることが可能になる。

しかも、第１発電ユニットの波状燃料ガス流路と第２発電ユニットの波状燃料ガス流路とは、燃料ガス流配や圧損のばらつきを可及的に抑制することができる。同様に、第１発電ユニットの波状酸化剤ガス流路と第２発電ユニットの波状酸化剤ガス流路とは、酸化剤ガス流配や圧損のばらつきを可及的に抑制することができる。このため、簡単な構成で、ガス流配や圧損のばらつきを可及的に抑制することができ、発電性能を良好に向上させることが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する第１発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面説明図である。 前記第１発電ユニットを構成する第１金属セパレータの一方の面の説明図である。 前記第１金属セパレータの要部拡大説明図である。 前記第１発電ユニットを構成する第２金属セパレータの一方の面の説明図である。 前記第２金属セパレータの他方の面の説明図である。 前記第１発電ユニットを構成する第１電解質膜・電極構造体の正面説明図である。 前記第１発電ユニットを構成する第２電解質膜・電極構造体の正面説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する第２発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの第２発電ユニットを構成する第１金属セパレータの一方の面の説明図である。 前記第２発電ユニットを構成する第２金属セパレータの一方の面の説明図である。 前記第２金属セパレータの他方の面の説明図である。 位相の異なる第１酸化剤ガス流路の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する第１発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する第２発電ユニットの要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの、図１８中、ＸＸ−ＸＸ線断面説明図である。 前記燃料電池スタックの第２発電ユニットを構成する第１金属セパレータの正面説明図である。 前記第１発電ユニットを構成する第２金属セパレータの正面説明図である。 前記第２発電ユニットを構成する第２金属セパレータの正面説明図である。 前記第１発電ユニットを構成する第１金属セパレータの要部拡大説明図である。 端部形状の異なる第１酸化剤ガス流路の説明図である。 本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの、図２６中、ＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線断面説明図である。 前記燃料電池スタックの、図２６中、ＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線断面説明図である。 一般的に、第１の燃料ガス流路と第２の燃料ガス流路とが逆位相に設けられている際の説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０は、第１発電ユニット１２ａと第２発電ユニット１２ｂとを、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って交互に積層して構成される。燃料電池スタック１０は、例えば、燃料電池電気自動車（図示せず）に搭載される。

図２及び図３に示すように、第１発電ユニット１２ａは、第１金属セパレータ１４、第１電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１６ａ、第２金属セパレータ１８、第２電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１６ｂ及び第３金属セパレータ２０を設ける。なお、第１発電ユニット１２ａは、３枚のＭＥＡと４枚の金属セパレータにより構成してもよく、又は、１枚のＭＥＡを一対の金属セパレータで挟持して構成してもよい。また、以下に説明する第２発電ユニット１２ｂにおいても、同様である。

第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、あるいはめっき処理鋼板等の金属板により構成される。第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０は、平面が矩形状を有するとともに、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状に成形される。なお、セパレータとしては、第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０に代えて、カーボンセパレータを使用することができる。

図２に示すように、第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０の長辺方向（矢印Ｂ方向）の一端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ及び燃料ガス出口連通孔２４ｂが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔２２ａは、矢印Ａ方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス出口連通孔２４ｂは、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。

第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０の長辺方向（矢印Ｂ方向）の他端縁部には、矢印Ａ方向に互いに連通して、燃料ガス入口連通孔２４ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２２ｂが設けられる。燃料ガス入口連通孔２４ａは、燃料ガスを供給する一方、酸化剤ガス出口連通孔２２ｂは、酸化剤ガスを排出する。

第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔２２ａ側に近接し、上下に一対の冷却媒体入口連通孔２５ａが設けられる。一対の冷却媒体入口連通孔２５ａは、矢印Ａ方向に互いに連通して冷却媒体を供給する。第１金属セパレータ１４、第２金属セパレータ１８及び第３金属セパレータ２０の短辺方向（矢印Ｃ方向）の両端縁部には、燃料ガス入口連通孔２４ａ側に近接し、冷却媒体を排出する上下に一対の冷却媒体出口連通孔２５ｂが設けられる。

図４に示すように、第１金属セパレータ１４の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１４ａには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとに連通する第１酸化剤ガス流路２６が形成される。

第１酸化剤ガス流路２６は、面１４ａ側に突出して矢印Ｂ方向に延在する複数の波状凸部（平面形状が波状凸状部であり、正弦波形状やジグザグ形状を含む）２６ａを有し、前記波状凸部２６ａ間には、面１４ｂ側に突出する複数本の波状流路溝部２６ｂが形成される。各波状凸部２６ａの少なくとも一方の端部、第１の実施形態では、両方の端部は、直線凸部２６ａｅを構成する。

図４に示すように、各波状凸部２６ａは、左右に非対称形状を有する。波状凸部２６ａでは、下側山部中央ｏから右側（矢印ＢＲ方向）に向かって４つの下側山部が設けられる一方、下側山部中央ｏから左側（矢印ＢＬ方向）に向かって３つの下側山部が設けられる。なお、以下に説明する各流路でも、同様に構成されている。

図５に示すように、直線凸部２６ａｅは、波状凸部２６ａの波形の振幅の幅ｈの中央部２６ａｍに沿って波長方向（矢印Ｂ方向）に一定のピッチを有して直線状に延在する。隣接する直線凸部２６ａｅ間には、波状流路溝部２６ｂの端部を構成し、波形の振幅の幅の中央部から波長方向に直線状に延在する直線流路溝２６ｂｓが設けられる。

図４に示すように、第１酸化剤ガス流路２６の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ平坦部２８ａ及び２８ｂが設けられる。平坦部２８ａと酸化剤ガス入口連通孔２２ａとの間には、ブリッジ部を構成する複数本の入口連結溝３０ａが形成される。平坦部２８ｂと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとの間には、ブリッジ部を構成する複数本の出口連結溝３０ｂが形成される。

図２に示すように、第１金属セパレータ１４の面１４ｂには、一対の冷却媒体入口連通孔２５ａと一対の冷却媒体出口連通孔２５ｂとを連通する冷却媒体流路３２が形成される。冷却媒体流路３２は、第１酸化剤ガス流路２６の裏面形状と後述する第２燃料ガス流路４２の裏面形状とが重なり合って形成される。

図６に示すように、第２金属セパレータ１８の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面１８ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂとを連通する第１燃料ガス流路３４が形成される。第１燃料ガス流路３４は、面１８ａ側に突出して矢印Ｂ方向に延在する複数の波状凸部（平面形状が波状凸状部であり、正弦波形状やジグザグ形状を含む）３４ａを有する。波状凸部３４ａ間には、複数本の波状流路溝部３４ｂが形成される。各波状凸部３４ａの流路入口端部又は流路出口端部の少なくとも一方の端部、第１の実施形態では、両方の端部は、直線凸部３４ａｅを構成する。

直線凸部３４ａｅは、波状凸部３４ａの波形の振幅の幅の中央部から波長方向（矢印Ｂ方向）に一定のピッチを有して直線状に延在する。隣接する直線凸部３４ａｅ間には、波状流路溝部３４ｂの端部を構成し、波形の振幅の幅の中央部から波長方向に直線状に延在する直線流路溝３４ｂｓが設けられる。

燃料ガス入口連通孔２４ａの近傍には、複数の供給連結路３６ａが形成されるとともに、燃料ガス出口連通孔２４ｂの近傍には、複数の排出連結路３６ｂが形成される。複数の供給連結路３６ａは、蓋部材３７ａにより覆われる一方、複数の排出連結路３６ｂは、蓋部材３７ｂにより覆われる。第１燃料ガス流路３４の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ平坦部３９ａ及び３９ｂが設けられる。

図７に示すように、第２金属セパレータ１８の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面１８ｂには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとを連通する第２酸化剤ガス流路３８が形成される。

第２酸化剤ガス流路３８は、面１８ｂ側に突出して矢印Ｂ方向に延在する複数の波状凸部（平面形状が波状凸状部であり、正弦波形状やジグザグ形状を含む）３８ａを有する。波状凸部３８ａ間には、複数本の波状流路溝部３８ｂが形成される。各波状凸部３８ａの流路入口端部又は流路出口端部の少なくとも一方の端部、第１の実施形態では、両方の端部は、直線凸部３８ａｅを構成する。

直線凸部３８ａｅは、波状凸部３８ａの波形の振幅の幅の中央部から波長方向（矢印Ｂ方向）に一定のピッチを有して直線状に延在する。隣接する直線凸部３８ａｅ間には、波状流路溝部３８ｂの端部を構成し、波形の振幅の幅の中央部から波長方向に直線状に延在する直線流路溝３８ｂｓが設けられる。

第２酸化剤ガス流路３８の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ平坦部３９ｃ及び３９ｄが設けられる。平坦部３９ｃと３９ｄとは、平坦部３９ｂと３９ａとの裏面形状である。平坦部３９ｃと酸化剤ガス入口連通孔２２ａとの間には、複数本の入口連結溝４０ａが形成される。平坦部３９ｄと酸化剤ガス出口連通孔２２ｂとの間には、複数本の出口連結溝４０ｂが形成される。

図２に示すように、第３金属セパレータ２０の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面２０ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと燃料ガス出口連通孔２４ｂに連通する第２燃料ガス流路４２が形成される。第２燃料ガス流路４２は、面２０ａ側に突出して矢印Ｂ方向に延在する複数の波状凸部（平面形状が波状凸状部であり、正弦波形状やジグザグ形状を含む）４２ａを有する。波状凸部４２ａ間には、複数本の波状流路溝部４２ｂが形成される。各波状凸部４２ａの流路入口端部又は流路出口端部の少なくとも一方の端部、第１の実施形態では、両方の端部は、直線凸部４２ａｅを構成する。

直線凸部４２ａｅは、波状凸部４２ａの波形の振幅の幅の中央部から波長方向（矢印Ｂ方向）に一定のピッチを有して直線状に延在する。隣接する直線凸部４２ａｅ間には、波状流路溝部４２ｂの端部を構成し、波形の振幅の幅の中央部から波長方向に直線状に延在する直線流路溝４２ｂｓが設けられる。

燃料ガス入口連通孔２４ａの近傍には、複数の供給連結路４４ａが形成されるとともに、燃料ガス出口連通孔２４ｂの近傍には、複数の排出連結路４４ｂが形成される。複数の供給連結路４４ａは、蓋部材４５ａにより覆われる一方、複数の排出連結路４４ｂは、蓋部材４５ｂにより覆われる。第２燃料ガス流路４２の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ平坦部４７ａ及び４７ｂが設けられる。

第３金属セパレータ２０の面２０ｂには、第２燃料ガス流路４２の裏面形状である冷却媒体流路３２の一部が形成される。第３金属セパレータ２０の面２０ｂには、前記第３金属セパレータ２０に隣接する第１金属セパレータ１４の面１４ｂが積層されることにより、冷却媒体流路３２が一体に設けられる。

冷却媒体流路３２の入口近傍及び出口近傍には、それぞれ平坦部４７ｃ及び４７ｄが設けられる。平坦部４７ｄと４７ｃとは、平坦部４７ａと４７ｂとの裏面形状である。

第１発電ユニット１２ａでは、第１酸化剤ガス流路２６、第１燃料ガス流路３４、第２酸化剤ガス流路３８及び第２燃料ガス流路４２は、波形状が積層方向に沿って互いに同一の位相に設定される。各波形状は、それぞれの波のピッチ、振幅も同一に設定される。

第１金属セパレータ１４の面１４ａ、１４ｂには、この第１金属セパレータ１４の外周端縁部を周回して第１シール部材４６が一体成形される。第２金属セパレータ１８の面１８ａ、１８ｂには、この第２金属セパレータ１８の外周端縁部を周回して第２シール部材４８が一体成形される。第３金属セパレータ２０の面２０ａ、２０ｂには、この第３金属セパレータ２０の外周端縁部を周回して第３シール部材５０が一体成形される。

第１シール部材４６、第２シール部材４８及び第３シール部材５０としては、例えば、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール材が用いられる。

第１シール部材４６は、第１金属セパレータ１４の面方向に沿って平面状を有する平面シール部（シールベース）４６ｆを有する。図２及び図４に示すように、第１シール部材４６の平面シール部４６ｆには、凸状シール部４６ｔが一体に設けられる。

第２シール部材４８は、第２金属セパレータ１８の面方向に沿って平面状を有する平面シール部（シールベース）４８ｆを有する。図２及び図６に示すように、第２シール部材４８の平面シール部４８ｆには、凸状シール部４８ｔが一体に設けられる。

第３シール部材５０は、第３金属セパレータ２０の面方向に沿って平面状を有する平面シール部（シールベース）５０ｆを有する。第３シール部材５０の平面シール部５０ｆには、凸状シール部５０ｔが一体に設けられる。

図３に示すように、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜５２を備える。固体高分子電解質膜５２は、カソード電極５４及びアノード電極５６により挟持される。

カソード電極５４は、アノード電極５６及び固体高分子電解質膜５２の平面寸法よりも小さな平面寸法を有する、所謂、段差型ＭＥＡを構成している。なお、カソード電極５４、アノード電極５６及び固体高分子電解質膜５２は、同一の平面寸法に設定してもよい。また、アノード電極５６は、カソード電極５４及び固体高分子電解質膜５２の平面寸法よりも小さな平面寸法を有してもよい。

カソード電極５４及びアノード電極５６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、例えば、固体高分子電解質膜５２の両面に形成される。

図２及び図３に示すように、第１電解質膜・電極構造体１６ａは、カソード電極５４の終端部外方に位置して、固体高分子電解質膜５２の外周縁部に第１樹脂枠部材５８が一体化される。図３に示すように、固体高分子電解質膜５２の外周縁部と第１樹脂枠部材５８とは、例えば、接着剤（樹脂）を含浸させた含浸部位５９により一体化される。

第１樹脂枠部材５８の面５８ａとアノード電極５６（実質的には、ガス拡散層）の表面とは、略同一平面位置に設定される。但し、含浸部位５９により、第１樹脂枠部材５８とアノード電極５６との界面には、段差が発生する場合がある。なお、第１樹脂枠部材５８は、固体高分子電解質膜５２の外周縁部に射出成形により一体成形してもよい。

第２電解質膜・電極構造体１６ｂは、同様に、カソード電極５４の終端部外方に位置して、固体高分子電解質膜５２の外周縁部に第２樹脂枠部材６０が一体化される。図３に示すように、固体高分子電解質膜５２の外周縁部と第２樹脂枠部材６０とは、例えば、接着剤（樹脂）を含浸させた含浸部位６１により一体化される。なお、第２樹脂枠部材６０は、固体高分子電解質膜５２の外周縁部に射出成形により一体成形してもよい。

第１樹脂枠部材５８及び第２樹脂枠部材６０を構成する樹脂材としては、例えば、電気的絶縁性を有する汎用プラスチックの他、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチック等が採用される。第１樹脂枠部材５８及び第２樹脂枠部材６０は、例えば、フィルム等により構成してもよい。

図２に示すように、第１樹脂枠部材５８のカソード電極５４側の面５８ｂには、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと第１酸化剤ガス流路２６の入口側との間に位置して（発電領域の外方に位置して）、入口バッファ部６２ａが設けられる。酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと第１酸化剤ガス流路２６の出口側との間に位置して（発電領域の外方に位置して）、出口バッファ部６２ｂが設けられる。ここで、発電領域とは、固体高分子電解質膜を挟んで両極に電極触媒層が設けられた領域をいう。

入口バッファ部６２ａは、複数本のライン状入口流路６３ａと複数のエンボス部６４ａとを有する。出口バッファ部６２ｂは、複数本のライン状出口流路６３ｂと複数のエンボス部６４ｂとを有する。各ライン状入口流路６３ａは、ライン状凸状部６３ａｔ間に形成される一方、各ライン状出口流路６３ｂは、ライン状凸状部６３ｂｔ間に形成される。なお、入口バッファ部６２ａ及び出口バッファ部６２ｂは、ライン状流路又はエンボスのみで構成してもよい。

図８に示すように、第１樹脂枠部材５８のアノード電極５６側の面５８ａには、燃料ガス入口連通孔２４ａと第１燃料ガス流路３４との間に位置して（発電領域の外方に位置して）、入口バッファ部６８ａが設けられる。燃料ガス出口連通孔２４ｂと第１燃料ガス流路３４との間に位置して（発電領域の外方に位置して）、出口バッファ部６８ｂが設けられる。

入口バッファ部６８ａは、複数本のライン状入口流路７０ａと複数のエンボス部７２ａとを有する。出口バッファ部６８ｂは、複数本のライン状出口流路７０ｂと複数のエンボス部７２ｂとを有する。各ライン状入口流路７０ａは、ライン状凸状部７０ａｔ間に形成される一方、各ライン状出口流路７０ｂは、ライン状凸状部７０ｂｔ間に形成される。

第２樹脂枠部材６０のカソード電極５４側の面６０ａには、図２に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２２ａと第２酸化剤ガス流路３８との間に位置して（発電領域の外方に位置して）、入口バッファ部７４ａが設けられる。酸化剤ガス出口連通孔２２ｂと第２酸化剤ガス流路３８との間に位置して（発電領域の外方に位置して）、出口バッファ部７４ｂが形成される。

入口バッファ部７４ａは、複数本のライン状入口流路７６ａと複数のエンボス部７８ａとを有する。出口バッファ部７４ｂは、複数本のライン状出口流路７６ｂと複数のエンボス部７８ｂとを有する。各ライン状入口流路７６ａは、ライン状凸状部７６ａｔ間に形成される一方、各ライン状出口流路７６ｂは、ライン状凸状部７６ｂｔ間に形成される。

第２樹脂枠部材６０のアノード電極５６側の面６０ｂには、図９に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａと第２燃料ガス流路４２との間に位置して（発電領域の外方に位置して）、入口バッファ部８０ａが設けられる。燃料ガス出口連通孔２４ｂと第２燃料ガス流路４２との間に位置して（発電領域の外方に位置して）、出口バッファ部８０ｂが設けられる。

入口バッファ部８０ａは、複数本のライン状入口流路８２ａと複数のエンボス部８４ａとを有する。出口バッファ部８０ｂは、複数本のライン状出口流路８２ｂと複数のエンボス部８４ｂとを有する。各ライン状入口流路８２ａは、ライン状凸状部８２ａｔ間に形成される一方、各ライン状出口流路８２ｂは、ライン状凸状部８２ｂｔ間に形成される。

図１及び図１０に示すように、第２発電ユニット１２ｂは、第１金属セパレータ９０、第１電解質膜・電極構造体１６ａ、第２金属セパレータ９２、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ９４を設ける。なお、第１発電ユニット１２ａと同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図１１に示すように、第１金属セパレータ９０の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面９０ａには、第１酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）が形成される。第１発電ユニット１２ａの第１酸化剤ガス流路２６と第２発電ユニット１２ｂの第１酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）とは、互いに異なる位相（逆位相）に設定されるとともに、波のピッチ、振幅が同一に設定される。第１酸化剤ガス流路２６の直線流路溝２６ｂｓ（図４参照）と、第１酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）の直線流路溝２６ｂｓ（図１１参照）とは、積層方向に沿って同一位置に重なり合っている。直線流路溝２６ｂｓは、積層方向に対して第１樹脂枠部材５８及び第２樹脂枠部材６０に対向する位置まで延在して配置される。

図１２に示すように、第２金属セパレータ９２の第１電解質膜・電極構造体１６ａに向かう面９２ａには、第１燃料ガス流路３４（ｒｅｖ．）が形成される。第１発電ユニット１２ａの第１燃料ガス流路３４と第２発電ユニット１２ｂの第１燃料ガス流路３４（ｒｅｖ．）とは、互いに異なる位相（逆位相）に設定されるとともに、波のピッチ、振幅が同一に設定される。第１燃料ガス流路３４の直線流路溝３４ｂｓ（図６参照）と、第１燃料ガス流路３４（ｒｅｖ．）の直線流路溝３４ｂｓ（図１２参照）とは、積層方向に沿って同一位置に重なり合っている。直線流路溝３４ｂｓは、積層方向に対して第１樹脂枠部材５８及び第２樹脂枠部材６０に対向する位置まで延在して配置される。

図１３に示すように、第２金属セパレータ９２の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面９２ｂには、第２酸化剤ガス流路３８（ｒｅｖ．）が形成される。第１発電ユニット１２ａの第２酸化剤ガス流路３８と第２発電ユニット１２ｂの第２酸化剤ガス流路３８（ｒｅｖ．）とは、互いに異なる位相（逆位相）に設定されるとともに、波のピッチ、振幅が同一に設定される。第２酸化剤ガス流路３８の直線流路溝３８ｂｓ（図７参照）と、第２酸化剤ガス流路３８（ｒｅｖ．）の直線流路溝３８ｂｓ（図１３参照）とは、積層方向に沿って同一位置に重なり合っている。直線流路溝３８ｂｓは、積層方向に対して第１樹脂枠部材５８及び第２樹脂枠部材６０に対向する位置まで延在して配置される。

図１０に示すように、第３金属セパレータ９４の第２電解質膜・電極構造体１６ｂに向かう面９４ａには、第２燃料ガス流路４２（ｒｅｖ．）が形成される。第１発電ユニット１２ａの第２燃料ガス流路４２と第２発電ユニット１２ｂの第２燃料ガス流路４２（ｒｅｖ．）とは、互いに異なる位相（逆位相）に設定されるとともに、波のピッチ、振幅が同一に設定される。第２燃料ガス流路４２の直線流路溝４２ｂｓ（図２参照）と、第２燃料ガス流路４２（ｒｅｖ．）の直線流路溝４２ｂｓ（図１０参照）とは、積層方向に沿って同一位置に重なり合っている。直線流路溝４２ｂｓは、積層方向に対して第１樹脂枠部材５８及び第２樹脂枠部材６０に対向する位置まで延在して配置される。

第１発電ユニット１２ａを構成する第３金属セパレータ２０の面２０ｂと、第２発電ユニット１２ｂを構成する第１金属セパレータ９０の面９０ｂとの間には、矢印Ｂ方向に延在する冷却媒体流路３２が形成される。

この燃料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。なお、第１発電ユニット１２ａについて詳細に説明し、第２発電ユニット１２ｂの説明は省略する。

先ず、図２に示すように、酸化剤ガス入口連通孔２２ａに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔２４ａに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、一対の冷却媒体入口連通孔２５ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔２２ａから入口バッファ部６２ａを通って第１金属セパレータ１４の第１酸化剤ガス流路２６に供給される。酸化剤ガスの一部は、酸化剤ガス入口連通孔２２ａから入口バッファ部７４ａを通って第２金属セパレータ１８の第２酸化剤ガス流路３８に導入される。

酸化剤ガスは、図２及び図４に示すように、第１酸化剤ガス流路２６に沿って矢印Ｂ方向（水平方向）に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのカソード電極５４に供給される。残余の酸化剤ガスは、図２及び図７に示すように、第２酸化剤ガス流路３８に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのカソード電極５４に供給される。

一方、燃料ガスは、図２に示すように、燃料ガス入口連通孔２４ａから第２金属セパレータ１８の供給連結路３６ａを通って入口バッファ部６８ａに供給される（図８参照）。燃料ガスは、入口バッファ部６８ａを通って第２金属セパレータ１８の第１燃料ガス流路３４に供給される（図６参照）。

燃料ガスの一部は、燃料ガス入口連通孔２４ａから第３金属セパレータ２０の供給連結路４４ａを通って入口バッファ部８０ａに供給される（図９参照）。燃料ガスは、入口バッファ部８０ａを通って第３金属セパレータ２０の第２燃料ガス流路４２に供給される（図２参照）。

燃料ガスは、図２及び図６に示すように、第１燃料ガス流路３４に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第１電解質膜・電極構造体１６ａのアノード電極５６に供給される。残余の燃料ガスは、第２燃料ガス流路４２に沿って矢印Ｂ方向に移動し、第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極５６に供給される。

従って、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂでは、各カソード電極５４に供給される酸化剤ガスと、各アノード電極５６に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。

次いで、第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂの各カソード電極５４に供給されて消費された酸化剤ガスは、出口バッファ部６２ｂ、７４ｂから酸化剤ガス出口連通孔２２ｂに排出される。

第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂのアノード電極５６に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部６８ｂ、８０ｂに導入される。燃料ガスは、排出連結路３６ｂ、４４ｂを通って燃料ガス出口連通孔２４ｂに排出される。

一方、一対の冷却媒体入口連通孔２５ａに供給された冷却媒体は、図２に示すように、冷却媒体流路３２に導入される。冷却媒体は、各冷却媒体入口連通孔２５ａから冷却媒体流路３２に供給され、一旦矢印Ｃ方向内方に沿って流動した後、矢印Ｂ方向に移動して第１電解質膜・電極構造体１６ａ及び第２電解質膜・電極構造体１６ｂを冷却する。この冷却媒体は、矢印Ｃ方向外方に移動した後、一対の冷却媒体出口連通孔２５ｂに排出される。

また、第２発電ユニット１２ｂでは、上記の第１発電ユニット１２ａと同様に、第１及び第２電解質膜・電極構造体１６ａ、１６ｂにより発電が行われる。

この場合、第１の実施形態では、図４に示すように、第１発電ユニット１２ａの第１酸化剤ガス流路２６と、図１１に示すように、第２発電ユニット１２ｂの第１酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）とは、互いに異なる位相（逆位相）に設定されている。

そして、第１酸化剤ガス流路２６を構成する複数の波状流路溝部２６ｂの両端部には、波形の振幅の幅の中央部から波長方向に直線状に延在する直線流路溝２６ｂｓが構成されている（図４参照）。一方、第１酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）を構成する複数の波状流路溝部２６ｂの両端部には、波形の振幅の幅の中央部から波長方向に直線状に延在する直線流路溝２６ｂｓが構成されている（図１１参照）。

このため、図１４に示すように、互いに位相の異なる第１酸化剤ガス流路２６、２６（ｒｅｖ．）であっても、それぞれの入口側端部である直線流路溝２６ｂｓは、積層方向に沿って重なり合っている。従って、各直線流路溝２６ｂｓは、第１樹脂枠部材５８の入口バッファ部６２ａに対して同一位置に終端配置されている。これにより、酸化剤ガス入口連通孔２２ａからそれぞれの入口バッファ部６２ａを介して、第１酸化剤ガス流路２６、２６（ｒｅｖ．）に同一条件で酸化剤ガスを良好に供給することができる。

このため、第１発電ユニット１２ａの第１酸化剤ガス流路２６と、第２発電ユニット１２ｂの第１酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）とは、酸化剤ガス流配や圧損のばらつきを可及的に抑制することが可能になる。

また、第１発電ユニット１２ａの第２酸化剤ガス流路３８と、第２発電ユニット１２ｂの第２酸化剤ガス流路３８（ｒｅｖ．）とでは、上記の第１酸化剤ガス流路２６、２６（ｒｅｖ．）と同様の効果が得られる。

次いで、図６に示すように、第１発電ユニット１２ａの第１燃料ガス流路３４と、図１２に示すように、第２発電ユニット１２ｂの第１燃料ガス流路３４（ｒｅｖ．）とは、互いに異なる位相（逆位相）に設定されている。

そして、第１燃料ガス流路３４を構成する複数の波状流路溝部３４ｂの両端部には、波形の振幅の幅の中央部から波長方向に直線状に延在する直線流路溝３４ｂｓが構成されている（図６参照）。一方、第１燃料ガス流路３４（ｒｅｖ．）を構成する複数の波状流路溝部３４ｂの両端部には、波形の振幅の幅の中央部から波長方向に直線状に延在する直線流路溝３４ｂｓが構成されている（図１２参照）。

従って、互いに位相の異なる第１燃料ガス流路３４、３４（ｒｅｖ．）であっても、それぞれの入口側端部である直線流路溝３４ｂｓは、積層方向に沿って重なり合っている。これにより、各直線流路溝３４ｂｓは、第１樹脂枠部材５８の入口バッファ部６８ａに対して同一位置に終端配置されている。このため、燃料ガス入口連通孔２４ａからそれぞれの入口バッファ部６２ａを介して、第１燃料ガス流路３４、３４（ｒｅｖ．）に同一条件で燃料ガスを良好に供給することができる。

従って、第１発電ユニット１２ａの第１燃料ガス流路３４と、第２発電ユニット１２ｂの第１燃料ガス流路３４（ｒｅｖ．）とは、燃料ガス流配や圧損のばらつきを可及的に抑制することが可能になる。

また、第１発電ユニット１２ａの第２燃料ガス流路４２と、第２発電ユニット１２ｂの第２燃料ガス流路４２（ｒｅｖ．）とでは、上記の第１燃料ガス流路３４、３４（ｒｅｖ．）と同様の効果が得られる。

さらにまた、第１の実施形態では、波状流路の位相が異なる第１発電ユニット１２ａと第２発電ユニット１２ｂとにおいて、第１樹脂枠部材５８及び第２樹脂枠部材６０を共通化することができる。図２９に示す第１の燃料ガス流路１ａと第２の燃料ガス流路１ｂとでは、端部位置が異なっており、それぞれの端部位置に対応する２種類の樹脂枠部材が必要である。

これに対して、第１の実施形態では、波形状の位相が異なっても、それぞれの端部が、同一位置に終端配置されている。これにより、第１発電ユニット１２ａと第２発電ユニット１２ｂとで、それぞれ専用の樹脂枠部材を用意する必要がない。このため、燃料電池スタック１０全体を経済的に構成することが可能になるとともに、部品点数が良好に削減される。

図１５は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する第１金属セパレータ１００の正面説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０を構成する第１金属セパレータ１４と同様の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第３以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。

第２の実施形態では、第１金属セパレータ１００に設けられる第１酸化剤ガス流路１０２（第１の実施形態の第１酸化剤ガス流路２６に対応する）についてのみ、説明するが、他の各流路（酸化剤ガス流路、燃料ガス流路及び冷却媒体流路）でも、同様に構成される。以下の第３以降の実施形態でも、同様である。

第１酸化剤ガス流路１０２は、左右対称形状を有する。波状凸部２６ａでは、上側山部中央ｏ１から右側（矢印ＢＲ方向）に向かって４つの下側山部が設けられる一方、上側山部中央ｏ１から左側（矢印ＢＬ方向）に向かって４つの下側山部が設けられる。

この場合、第２の実施形態では、第１酸化剤ガス流路１０２を含む各流路が左右対称形状を有する。このため、図１に示すように、第１発電ユニット１２ａを１８０度回転（上下を反転）させることにより、第２発電ユニット１２ｂとして共用することができる。従って、燃料電池スタック全体の構成が簡素化するとともに、経済的である。

図１６は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する第１金属セパレータ１１０の正面説明図である。第１金属セパレータ１１０には、第１酸化剤ガス流路１１２が設けられる。

第１酸化剤ガス流路１１２は、左右対称形状を有する。波状凸部２６ａでは、下側山部中央ｏ２から右側（矢印ＢＲ方向）に向かって３つの下側山部が設けられる一方、下側山部中央ｏ２から左側（矢印ＢＬ方向）に向かって３つの下側山部が設けられる。

このように、第３の実施形態では、上記の第２の実施形態と同様に構成されており、該第２の実施形態と同様の効果が得られる。

図１７は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池スタックを構成する第１金属セパレータ１２０の正面説明図である。第１金属セパレータ１２０には、第１酸化剤ガス流路１２２が設けられる。

第１酸化剤ガス流路１２２は、左右対称形状を有する。波状凸部２６ａでは、下側山部中央ｏ３から右側（矢印ＢＲ方向）及び左側（矢印ＢＬ方向）に向かって、それぞれ３つの下側山部が設けられる。波状凸部２６ａの端部２６ａａは、波形の振幅の幅の中央部で終端しており、直線凸部２６ａｅを設けていない。

このように構成される第４の実施形態では、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。

図１８は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池スタック１３０を構成する第１発電ユニット１３２ａの要部分解斜視説明図である。図１９は、燃料電池スタック１３０を構成する第２発電ユニット１３２ｂの要部分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図１８及び図２０に示すように、第１発電ユニット１３２ａは、第１金属セパレータ１３４、第１電解質膜・電極構造体１６ａ、第２金属セパレータ１３６、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ１３８を設ける。図１９及び図２０に示すように、第２発電ユニット１３２ｂは、第１金属セパレータ１４０、第１電解質膜・電極構造体１６ａ、第２金属セパレータ１４２、第２電解質膜・電極構造体１６ｂ及び第３金属セパレータ１４４を設ける。

図２０に示すように、第１発電ユニット１３２ａを構成する第３金属セパレータ１３８の面１３８ｂと、第２発電ユニット１３２ｂを構成する第１金属セパレータ１４０の面１４０ｂとの間には、矢印Ｂ方向に延在する冷却媒体流路３２が形成される。図１９に示すように、冷却媒体流路３２は、流路入口端部及び流路出口端部である流路端部３２ａを有する。

図２０に示すように、第３金属セパレータ１３８の第２燃料ガス流路４２を構成する直線凸部４２ａｅと、第１金属セパレータ１４０の第１酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）を構成する直線流路溝２６ｂｓとは、互いに積層方向に対向して同じ位置に設定される。第２燃料ガス流路４２の直線流路溝４２ｂｓと、第１酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）の直線凸部２６ａｅとは、互いに積層方向に対向して同じ位置に設定される。

第３金属セパレータ１３８と第１金属セパレータ１４０とは、第２燃料ガス流路４２の流路端部と第１酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）の流路端部とに対応して間隙を形成し、互いに離間する。この間隙は、冷却媒体流路３２の流路端部３２ａを構成する。

この場合、第５の実施形態では、図１８〜図２１に示すように、第１発電ユニット１３２ａの第２燃料ガス流路４２と、第２発電ユニット１３２ｂの第１酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）とは、互いに異なる位相（逆位相）に設定されている。この際、第２燃料ガス流路４２の直線凸部４２ａｅと、第１酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）の直線流路溝２６ｂｓとは、互いに積層方向に対向して同じ位置に設定されている。

このため、第３金属セパレータ１３８と第１金属セパレータ１４０とは、第２燃料ガス流路４２の流路端部と第１酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）の流路端部とに対応して間隙を形成し、互いに離間している。この間隙は、冷却媒体流路３２の流路端部３２ａを構成している。

従って、例えば、燃料電池スタック１３０に積層方向の荷重が付与された際、第３金属セパレータ１３８及び第１金属セパレータ１４０間の隙間が収縮して前記荷重を緩和し、過大な面圧が発生することを確実に抑制することができる。特に、第１樹脂枠部材５８及び第２樹脂枠部材６０の厚さにばらつきが発生した際に、第３金属セパレータ１３８と第１金属セパレータ１４０との間隙により前記ばらつきを確実に吸収することが可能になる。

これにより、簡単な構成で、第１発電ユニット１３２ａ及び第２発電ユニット１３２ｂに局所的に大きな荷重が付与されることを抑制し、発電性能を良好に向上させることが可能になる。

しかも、第１発電ユニット１３２ａの第１燃料ガス流路３４と、第２発電ユニット１３２ｂの第１燃料ガス流路３４（ｒｅｖ．）とは、互いに異なる位相（逆位相）に設定されている。そして、第１燃料ガス流路３４を構成する複数の波状流路溝部３４ｂの両端部には、波形の振幅の幅の中央部から波長方向に直線状に延在する直線流路溝３４ｂｓが構成されている（図２２参照）。一方、第１燃料ガス流路３４（ｒｅｖ．）を構成する複数の波状流路溝部３４ｂの両端部には、波形の振幅の幅の中央部から波長方向に直線状に延在する直線流路溝３４ｂｓが構成されている（図２３参照）。

このため、互いに位相の異なる第１燃料ガス流路３４、３４（ｒｅｖ．）であっても、それぞれの入口側端部である直線流路溝３４ｂｓは、積層方向に沿って重なり合っている。これにより、各直線流路溝３４ｂｓは、第１樹脂枠部材５８の入口バッファ部６８ａに対して同一位置に終端配置されている。従って、燃料ガス入口連通孔２４ａからそれぞれの入口バッファ部６２ａを介して、第１燃料ガス流路３４、３４（ｒｅｖ．）に同一条件で燃料ガスを良好に供給することができる。

これにより、第１発電ユニット１３２ａの第１燃料ガス流路３４と、第２発電ユニット１３２ｂの第１燃料ガス流路３４（ｒｅｖ．）とは、燃料ガス流配や圧損のばらつきを可及的に抑制することが可能になる。

また、第２燃料ガス流路４２、４２（ｒｅｖ．）、第１酸化剤ガス流路２６、２６（ｒｅｖ．）及び第２酸化剤ガス流路３８、３８（ｒｅｖ．）は、上記の第１燃料ガス流路３４、３４（ｒｅｖ．）と同様の関係を有している。このため、同様の効果が得られる。

なお、第５の実施形態では、例えば、図２４に示すように、第１酸化剤ガス流路２６の各波状凸部２６ａの端部に、中央部２６ａｍに沿って波長方向（矢印Ｂ方向）に直線状に延在する直線凸部２６ａｅが設けられているが、これに限定されるものではない。裏面形状により冷却媒体流路を構成する燃料ガス流路と酸化剤ガス流路の流路入口端部又は流路出口端部同士が、積層方向から見て同じ位置にあれば、形状は特に限定されない。

図２５に示すように、波長方向（矢印Ｂ方向）に対して下方（又は上方）に傾斜する方向に延在する直線凸部２６ａｅ１を設けてもよい。その際、直線流路溝２６ｂｓも傾斜する。さらに、湾曲する凸部２６ａｒ及び湾曲する湾曲流路溝２６ｂｒを設けることもできる。

図２６は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池スタック１６０の要部分解斜視説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池スタック１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図２６〜図２８に示すように、燃料電池スタック１６０は、第１発電ユニット１６２ａと第２発電ユニット１６２ｂとを、水平方向（矢印Ａ方向）に沿って交互に積層して構成される。

第１発電ユニット１６２ａは、第１金属セパレータ１６４、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１６及び第２金属セパレータ１６６を設ける。第１金属セパレータ１６４の両側には、酸化剤ガス流路２６と冷却媒体流路３２とが設けられる。第２金属セパレータ１６６の両側には、燃料ガス流路３４と冷却媒体流路３２とが設けられる。

第２発電ユニット１６２ｂは、第１金属セパレータ１６８、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）１６及び第２金属セパレータ１７０を設ける。第１金属セパレータ１６８の両側には、酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）と冷却媒体流路３２（ｒｅｖ．）とが設けられる。第２金属セパレータ１７０の両側には、燃料ガス流路３４（ｒｅｖ．）と冷却媒体流路３２とが設けられる。

図２８に示すように、第２金属セパレータ１６６の燃料ガス流路３４を構成する直線凸部３４ａｅと、第１金属セパレータ１６８の酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）を構成する直線流路溝２６ｂｓとは、互いに積層方向に対向して同じ位置に設定される。燃料ガス流路３４の直線流路溝３４ｂｓと、酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）の直線凸部２６ａｅとは、互いに積層方向に対向して同じ位置に設定される。

第２金属セパレータ１６６と第１金属セパレータ１６８とは、燃料ガス流路３４の流路端部と酸化剤ガス流路２６（ｒｅｖ．）の流路端部とに対応して間隙を形成し、互いに離間する。この間隙は、冷却媒体流路３２の流路端部３２ａを構成する。

この第６の実施形態では、簡単な構成で、第１発電ユニット１６２ａ及び第２発電ユニット１６２ｂに局所的に大きな荷重が付与されることを抑制することができる。これにより、発電性能を良好に向上させることが可能になる等、上記の第５の実施形態と同様の効果が得られる。

Claims (5)

1. アノード電極及びカソード電極の間に電解質膜が設けられる電解質膜・電極構造体と金属セパレータとが積層され、燃料ガスを前記アノード電極の電極面に沿って波状に流通させる複数の波状燃料ガス流路と、酸化剤ガスを前記カソード電極の電極面に沿って波状に流通させる複数の波状酸化剤ガス流路とがそれぞれ形成される第１発電ユニット及び第２発電ユニットを備え、
   前記第１発電ユニットは、前記波状燃料ガス流路と前記波状酸化剤ガス流路とが、前記電解質膜・電極構造体を挟んで互いに同一の位相に設定される一方、
   前記第２発電ユニットは、前記波状燃料ガス流路と前記波状酸化剤ガス流路とが、前記電解質膜・電極構造体を挟んで互いに同一の位相で且つ前記第１発電ユニットとは異なる位相に設定され、
   前記第１発電ユニット及び前記第２発電ユニットが積層されることにより、これらの間には、互いに異なる位相の前記波状燃料ガス流路の裏面形状と前記波状酸化剤ガス流路の裏面形状とが重なり合って、冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成される燃料電池スタックであって、
   前記波状燃料ガス流路の少なくとも一方の端部及び前記波状酸化剤ガス流路の少なくとも一方の端部は、波形の振幅の幅の中央部で終端することを特徴とする燃料電池スタック。
2. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記波状燃料ガス流路の少なくとも一方の端部及び前記波状酸化剤ガス流路の少なくとも一方の端部は、波形の振幅の幅の中央部から波長方向に直線状に延在する直線流路溝を構成することを特徴とする燃料電池スタック。
3. 請求項１記載の燃料電池スタックにおいて、前記燃料ガスを前記第１発電ユニットと前記第２発電ユニットとの積層方向に流通させる燃料ガス連通孔と、酸化剤ガスを前記積層方向に流通させる酸化剤ガス連通孔と、前記冷却媒体を前記積層方向に流通させる冷却媒体連通孔とが形成され、
   前記電解質膜・電極構造体は、外周部に樹脂枠部材が一体化されるとともに、
   前記樹脂枠部材には、前記酸化剤ガス連通孔と前記波状酸化剤ガス流路とを連通する複数のライン状流路と、
   前記燃料ガス連通孔と前記波状燃料ガス流路とを連通する複数のライン状流路と、
   が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。
4. アノード電極及びカソード電極の間に電解質膜が設けられる電解質膜・電極構造体と金属セパレータとが積層され、燃料ガスを前記アノード電極の電極面に沿って波状に流通させる複数の波状燃料ガス流路と、酸化剤ガスを前記カソード電極の電極面に沿って波状に流通させる複数の波状酸化剤ガス流路とがそれぞれ形成される第１発電ユニット及び第２発電ユニットを備え、
   前記第１発電ユニットは、前記波状燃料ガス流路と前記波状酸化剤ガス流路とが、前記電解質膜・電極構造体を挟んで互いに同一の位相に設定される一方、
   前記第２発電ユニットは、前記波状燃料ガス流路と前記波状酸化剤ガス流路とが、前記電解質膜・電極構造体を挟んで互いに同一の位相で且つ前記第１発電ユニットとは異なる位相に設定され、
   前記第１発電ユニット及び前記第２発電ユニットが積層されることにより、これらの間には、互いに異なる位相の前記波状燃料ガス流路の裏面形状と前記波状酸化剤ガス流路の裏面形状とが重なり合って、冷却媒体を流通させる冷却媒体流路が形成される燃料電池スタックであって、
   前記裏面形状により前記冷却媒体流路を形成する前記第１発電ユニットの前記波状燃料ガス流路と前記裏面形状により前記冷却媒体流路を形成する前記第２発電ユニットの前記波状酸化剤ガス流路とは、それぞれの流路入口端部又は流路出口端部を構成する流路端同士が、互いに積層方向から見て同じ位置に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。
5. 請求項４記載の燃料電池スタックにおいて、前記電解質膜・電極構造体は、外周縁部を周回して樹脂枠部材が一体化されるとともに、
   前記流路入口端部又は前記流路出口端部は、前記樹脂枠部材に対向して配置されることを特徴とする燃料電池スタック。

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